JPH10327503A - 交流電車用静止型周波数変換装置 - Google Patents
交流電車用静止型周波数変換装置Info
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- JPH10327503A JPH10327503A JP9132666A JP13266697A JPH10327503A JP H10327503 A JPH10327503 A JP H10327503A JP 9132666 A JP9132666 A JP 9132666A JP 13266697 A JP13266697 A JP 13266697A JP H10327503 A JPH10327503 A JP H10327503A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
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Abstract
を図る。 【解決手段】 電力系統4と、その系統周波数とは異な
る交流電力が供給される交流電車との間で電力を融通す
る静止型電力変換装置1において、交流電車に対する力
行電力はダイオード整流器20を介して供給し、交流電
車からの回生電力のために、その回生電力量に応じた自
己消弧型半導体素子からなる電圧型インバータ21を接
続することで、コストを低減させる。
Description
数とは異なる交流電力が供給される交流電車と電力系統
との間で電力を融通するための静止型周波数変換装置に
関する。
22に示す。周波数変換装置1はここでは電力変換器
2,3とトランス5,6およびコンデンサ7とから構成
される。電力変換器2は図23に示すように、例えば自
己消弧型半導体素子(ここでは、代表例としてのゲート
ターンオフ素子(GTO)で示す。)10a〜10f
と、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード11
a〜11fからなり、整流動作によって交流電力を直流
電力に変換し、インバータ動作によって直流電力を交流
電力に変換する。また、電力変換器3は、例えば自己消
弧型半導体素子10g〜10lと、これらにそれぞれ逆
並列接続されたダイオード11g〜11lからなり、電
力変換器2と同様の機能を有している。
交流電車9はき電線19より力行電力を供給され、トラ
ンス15を介して自己消弧型半導体素子17a〜17d
と、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード18
a〜18dからなる電力変換器の整流動作により一旦直
流電力に変換され、自己消弧型半導体素子17e〜17
jと、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード1
8e〜18jとからなる電力変換器のインバータ動作に
よってモータ13が駆動されることで走行する。また、
交流電車9が減速する場合は、モータ13を発電動作さ
せることで、電気的に減速させる手法がとられている。
モータ13を発電動作させることで生じる電力を回生電
力といい、モータ13を駆動する場合とは逆に電力変換
器,トランスを介してき電線19に回生する。
電車9に力行電力を供給する場合は、電力変換器2を整
流動作させて電力系統4の例えば50Hzの交流電力を
一旦直流電力に変換し、電力変換器3をインバータ動作
させて周波数の異なる、例えば60Hzの交流電力に変
換する。さらに、この交流電力は、スコットトランス8
を介して3相から2つの単相に変換され、交流電車9に
給電されている。また、交流電車9からの回生電力は、
他の交流電車の力行電力として供給されることが多い
が、他の交流電車が力行電力を必要としない場合は、何
らかの方法で回生電力を処理する必要がある。そこで、
交流電車9からの回生電力を電力系統4に回生する方法
が用いられ、この場合、電力変換器3を整流動作させて
一旦直流電力に変換し、電力変換器2をインバータ動作
させることで回生電力を電力系統4に回生するようにし
ている。
の力行電力が大きいことから、周波数変換装置1として
は大容量(数10MVA級)の電力変換器が必要とな
る。これに対して、交流電車9からの回生電力は他の交
流電車の力行電力として供給されることもあるため、実
際に電力系統4に回生する電力は力行電力の数10%程
度と少ない。このため、電力変換器2,3を自己消弧型
半導体素子を用いて構成すると、非常にコスト高になる
という問題を有することになる。したがって、この発明
の課題は、周波数変換装置の低コスト化を図ることにあ
る。
べく、請求項1の発明では、電力系統と、この電力系統
の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電車との
間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に変換し
変換された直流電力を交流電力に変換するための交流電
車用静止型周波数変換装置において、前記交流電車の力
行電力は前記電力系統からダイオードからなる整流器を
用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力は前記
直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半導体素
子からなる電圧型インバータを用いて電力系統に回生す
るようにしている。
なる整流器に代えてサイリスタからなる整流器を用いる
ことができ(請求項2の発明)、前記自己消弧型半導体
素子からなる電圧型インバータに代えて自己消弧型半導
体素子からなる電流型インバータを用いることができ
(請求項3の発明)、または、前記自己消弧型半導体素
子からなる電圧型インバータに代えてサイリスタからな
る電圧型インバータを用いることができ(請求項7の発
明)、もしくは、前記自己消弧型半導体素子からなる電
圧型インバータに代えてサイリスタからなる電流型イン
バータを用いることができる(請求項9の発明)。
力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電
車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に
変換し変換された直流電力を交流電力に変換するための
交流電車用静止型周波数変換装置において、前記交流電
車の力行電力は前記電力系統からサイリスタからなる整
流器を用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力
は前記直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半
導体素子からなる電流型インバータを用いて電力系統に
回生するようにする。この請求項4の発明では、前記自
己消弧型半導体素子からなる電流型インバータに代えて
サイリスタからなる電圧型インバータを用いることがで
き(請求項8の発明)、または、前記自己消弧型半導体
素子からなる電流型インバータに代えてサイリスタから
なる電流型インバータを用いることができる(請求項1
0の発明)。
力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電
車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に
変換し変換された直流電力を交流電力に変換するための
交流電車用静止型周波数変換装置において、前記交流電
車の力行電力は前記電力系統からダイオードからなる整
流器を用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力
は前記直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半
導体素子と抵抗からなる抵抗チョッパを用いて消費する
ことができる。この請求項5の発明では、前記ダイオー
ドからなる整流器に代えてサイリスタからなる整流器を
用いることができる(請求項6の発明)。
電力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流
電車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力
に変換し変換された直流電力を交流電力に変換するため
の交流電車用静止型周波数変換装置において、サイリス
タからなる可逆整流器を用いて交流電車への力行電力と
交流電車からの回生電力とを融通するようにしている。
態を示す構成図である。図1に示すように、周波数変換
装置1はここではダイオード整流器20、リアクトル2
2、電力変換器3、自己消弧型半導体素子を用いた電圧
型インバータ21、トランス5,6,23およびコンデ
ンサ7等から構成される。図2にダイオード整流器の具
体例を示す。これは、ダイオード24a〜24fからな
り、電力系統4から交流電車への力行電力を直流側に供
給する。図3に自己消弧型半導体素子を用いた電圧型イ
ンバータの具体例を示す。これは、自己消弧型半導体素
子25a〜25fとこれらに逆並列接続されたダイオー
ド26a〜26fからなり、交流電車からの回生電力を
電力系統4に回生する。なお、図2,図3とも6アーム
の整流器またはインバータであるが、これらを直列また
は並列多重構成にしても良い。
図3の電圧型インバータに対して直流電圧検出器27、
直流電圧設定器28、減算器29、リミッタ60、直流
電圧調節器30およびPWM演算器31等から構成され
る。リミッタ60は負の入力を制限し、負の入力に対し
て零出力する。いま、交流電車からの回生電力により直
流電圧が高くなると、直流電圧検出器27により検出さ
れた値から直流電圧設定器28の値を減算した値にもと
づき、直流電圧調節器30により有効電圧指令値が演算
され、電力系統4に電力を回生するように制御が行なわ
れる。また、直流電圧が設定値よりも低い場合は、リミ
ッタ60により制限されて零出力されることから、イン
バータは動作しない。
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統4に回生される回生電力は力行電力の
数10%である。このため、力行電力を100%とし、
回生電力を20%と仮定すると、100%容量のダイオ
ード整流器20と20%容量の自己消弧型半導体素子を
用いた電圧型インバータ21で構成することができ、周
波数変換装置1のコストを低減することができる。この
ように、力行電力用ダイオード整流器20と、回生電力
量に応じた回生電力専用の自己消弧型半導体素子を用い
た電圧型インバータ21で構成することで、周波数変換
装置1のコストを低減し得る利点が得られる。
と20%容量の自己消弧型半導体素子を用いた電圧型イ
ンバータ21とで構成し、交流電車への力行電力は両電
力変換器で直流側に供給し、回生電力は自己消弧型半導
体素子を用いた電圧型インバータ21で電力系統4に回
生するようにしても良い。さらに、図5のように、ダイ
オード整流器20の無効電力を補償するように、ダイオ
ード整流器20からの電流を電流検出器33で検出し、
電圧検出器34で検出した値から無効電流指令値を演算
する無効電力演算器32を設けることで、力率を調整す
ることも可能である。
図6からも明らかなように、この例は図1に示すダイオ
ード整流器20の代わりに、サイリスタ整流器35を用
いた点が特徴である。このサイリスタ整流器35として
は、図7に示すようなサイリスタ36a〜36fからな
るものを用いることができる。ダイオード整流器20
を、サイリスタ整流器35に変えた他は図1,図3〜図
5で説明したとおりなので、詳細は省略する。
図8からも明らかなように、この例は図1に示す自己消
弧型半導体素子を用いた電圧型インバータ21の代わり
に、自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ3
7を用いた点が特徴である。なお、41はリアクトルで
ある。自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ
37としては、図9に示すような自己消弧型半導体素子
42a〜42fからなるものを用いることができる。自
己消弧型半導体素子を用いた電圧型インバータ21を、
自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ37に
変えた他は図1,2および図4,5で説明したとおりな
ので、詳細は省略する。
す。周波数変換装置1はここではサイリスタ整流器35
およびリアクトル40,41、電力変換器3、自己消弧
型半導体素子を用いた電流型インバータ37、トランス
5,6,23、コンデンサ7などから構成される。サイ
リスタ整流器35としては図7に示されるものを使用す
ることができ、電力系統4から交流電車9への力行電力
を直流側に供給する。また、自己消弧型半導体素子を用
いた電流型インバータ37としては図9に示されるもの
を使用することができ、交流電車9からの回生電力を電
力系統4に回生する。図7,図9に示す整流器,インバ
ータは6アーム構成であるが、これを直列または並列多
重構成として用いることもできる。
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統4に回生される回生電力は力行電力の
数10%である。このため、力行電力を100%とし、
回生電力を20%と仮定すると、100%容量のサイリ
スタ整流器35と20%容量の自己消弧型半導体素子を
用いた電流型インバータ37で構成することができ、周
波数変換装置1のコストを低減することができる。この
ように、力行電力用サイリスタ整流器35と、回生電力
量に応じた回生電力専用の自己消弧型半導体素子を用い
た電流型インバータ37で構成することで、周波数変換
装置1のコストを低減し得る利点が得られる。また、サ
イリスタ整流器35の無効電力を補償するように、サイ
リスタ整流器35からの電流,電圧を検出して無効電流
指令値を演算する無効電力演算器を設けることで、力率
を調整することも可能である。
す。周波数変換装置1はここではダイオード整流器20
およびリアクトル22、電力変換器3、抵抗チョッパ4
4、トランス5,6、コンデンサ7などから構成され
る。ダイオード整流器20としては図2に示されるもの
を使用することができ、電力系統4から交流電車9への
力行電力を直流側に供給する。また、抵抗チョッパ44
としては図12に示すような、自己消弧型半導体素子4
5と抵抗46からなるものを用いることができ、交流電
車9からの回生電力量に応じて自己消弧型半導体素子4
5の導通率を変え、抵抗46で消費するようにする。図
2に示されるダイオード整流器は6アーム構成である
が、これを直列または並列多重構成として用いることも
できる。
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統4に回生される回生電力は力行電力の
数10%である。このため、力行電力を100%とし、
回生電力を20%と仮定すると、100%容量のダイオ
ード整流器20と20%容量の抵抗チョッパ44で構成
することができ、周波数変換装置1のコストを低減する
ことができる。このように、力行電力用ダイオード整流
器20と、回生電力量に応じた回生電力専用の抵抗チョ
ッパ44で構成することで、周波数変換装置1のコスト
を低減し得る利点が得られる。
11のダイオード整流器20をサイリスタ整流器35に
変えた点が特徴である。サイリスタ整流器35としては
図7に示されるものを使用することができ、電力系統4
から交流電車9への力行電力を直流側に供給する。この
整流器は6アーム構成であるが、これを直列または並列
多重構成として用いることもできる。その他は、図11
と同様なので詳細は省略する。
からも明らかなように、この例は図1に示す自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ21の代わりに、
サイリスタを用いた電圧型インバータ47を用いた点が
特徴である。このサイリスタを用いた電圧型インバータ
47としては、図15に示すようなサイリスタ48a〜
48fとこれらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード
52a〜52f、サイリスタ48a〜48fを強制転流
させるための補助サイリスタ49a〜49f、リアクト
ル50a〜50c、コンデンサ51a〜51cからなる
補助インパルス転流方式のサイリスタを用いた電圧型イ
ンバータとすることができ、交流電車9からの回生電力
を電力系統4に回生する。その他は図1,図2,図4,
図5で説明したとおりなので、詳細は省略する。
は、図10の自己消弧型半導体素子を用いた電流型イン
バータ37に代えて、サイリスタを用いた電圧型インバ
ータ47を用いるようにした点が特徴である。サイリス
タを用いた電圧型インバータ47としては図15に示す
ものが利用でき、交流電車9からの回生電力を電力系統
4に回生する。また、サイリスタ整流器35としては図
7に示されるものを使用することができ、電力系統4か
ら交流電車9への力行電力を直流側に供給する。その他
は図10の場合と同様なので詳細は省略する。
からも明らかなように、この例は図1に示す自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ21の代わりに、
サイリスタを用いた電流型インバータ53を用いた点が
特徴である。このサイリスタを用いた電流型インバータ
53としては、図18に示すようなサイリスタ54a〜
54fからなるものを用いることができる。自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ21を、サイリス
タを用いた電流型インバータ53に変えた他は図1,図
2,図4,図5で説明したとおりなので、詳細は省略す
る。
は、図10の自己消弧型半導体素子を用いた電流型イン
バータ37に代えて、サイリスタを用いた電流型インバ
ータ53を用いるようにした点が特徴である。サイリス
タを用いた電圧型インバータ53としては図18に示す
ものが利用でき、交流電車9からの回生電力を電力系統
4に回生する。また、サイリスタ整流器35としては図
7に示されるものを使用することができ、電力系統4か
ら交流電車9への力行電力を直流側に供給する。その他
は図10の場合と同様なので詳細は省略する。
す構成図である。周波数変換装置1はここでは可逆整流
器56およびリアクトル57、電力変換器3、トランス
5,6、コンデンサ7などから構成される。可逆整流器
56としては図21に示されるような整流器としてのサ
イリスタ58a〜58fと、インバータとしてのサイリ
スタ58g〜58lからなるものを使用することがで
き、電力系統4から交流電車9への力行電力を直流側に
供給する。図2に示されるダイオード整流器は6アーム
構成であるが、これを直列または並列多重構成として用
いることもできる。
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統4に回生される回生電力は力行電力の
数10%である。このため、力行電力を100%とし回
生電力を20%と仮定すると、サイリスタ58a〜58
fで構成される整流器を100%容量とし、サイリスタ
58g〜58lで構成されるインバータを20%容量と
して構成することができ、周波数変換装置1のコストを
低減することができる。このように、力行電力と回生電
力量に応じた可逆整流器56で構成することで、周波数
変換装置1のコストを低減し得る利点が得られる。
の周波数とは異なる交流電力を供給される交流電車との
間で電力を融通する静止形周波数変換装置において、交
流電車への力行電力はダイオード,サイリスタ等の安価
な半導体素子を用いた整流器にて供給し、交流電車から
の回生電力に応じた小容量の回生電力専用の電力変換装
置を接続することで、低コストの静止形周波数変換装置
を構成可能とする。
る。
示す構成図である。
示す構成図である。
ある。
図である。
る。
ある。
ある。
ある。
る。
す構成図である。
ある。
ム構成図である。
統、5,6,23…トランス、7,12,51a,51
c…コンデンサ、8…スコットトランス、9…交流電
車、10a〜10l,17a〜17j,25a〜25
f,42a〜42f,45…自己消弧型半導体素子、1
1a〜11l,18a〜18j,24a〜24f,26
a〜26f,52a〜52f…ダイオード、13…モー
タ、14…パンタグラフ、15…トランス、16…接地
装置、19…き電線、20…ダイオード整流器、22,
40,41,50a,50c,55,57…リアクト
ル、27…直流電圧検出器、27…直流電圧設定器、2
9…減算器、30…直流電圧調節器、31…PWM(パ
ルス幅変調)演算器、32…無効電力演算器、33…電
流検出器、34…電圧検出器、35…サイリスタ整流
器、36a〜36f,48a〜48f,54a〜54
f,58a〜54l…サイリスタ、37…自己消弧型半
導体素子による電流型インバータ、44…抵抗チョッ
パ、46…抵抗、47…サイリスタによる電圧型インバ
ータ、49a〜49f…補助サイリスタ、53…サイリ
スタによる電流型インバータ、56…可逆整流器、60
…リミッタ。
Claims (11)
- 【請求項1】 電力系統と、この電力系統の周波数とは
異なる交流電力が供給される交流電車との間で電力を融
通するため、交流電力を直流電力に変換し変換された直
流電力を交流電力に変換するための交流電車用静止型周
波数変換装置において、 前記交流電車の力行電力は前記電力系統からダイオード
からなる整流器を用いて直流側に供給し、交流電車から
の回生電力は前記直流側から回生電力に応じた容量の自
己消弧型半導体素子からなる電圧型インバータを用いて
電力系統に回生することを特徴とする交流電車用静止型
周波数変換装置。 - 【請求項2】 前記ダイオードからなる整流器に代えて
サイリスタからなる整流器を用いることを特徴とする請
求項1に記載の交流電車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項3】 前記自己消弧型半導体素子からなる電圧
型インバータに代えて自己消弧型半導体素子からなる電
流型インバータを用いることを特徴とする請求項1に記
載の交流電車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項4】 電力系統と、この電力系統の周波数とは
異なる交流電力が供給される交流電車との間で電力を融
通するため、交流電力を直流電力に変換し変換された直
流電力を交流電力に変換するための交流電車用静止型周
波数変換装置において、 前記交流電車の力行電力は前記電力系統からサイリスタ
からなる整流器を用いて直流側に供給し、交流電車から
の回生電力は前記直流側から回生電力に応じた容量の自
己消弧型半導体素子からなる電流型インバータを用いて
電力系統に回生することを特徴とする交流電車用静止型
周波数変換装置。 - 【請求項5】 電力系統と、この電力系統の周波数とは
異なる交流電力が供給される交流電車との間で電力を融
通するため、交流電力を直流電力に変換し変換された直
流電力を交流電力に変換するための交流電車用静止型周
波数変換装置において、 前記交流電車の力行電力は前記電力系統からダイオード
からなる整流器を用いて直流側に供給し、交流電車から
の回生電力は前記直流側から回生電力に応じた容量の自
己消弧型半導体素子と抵抗からなる抵抗チョッパを用い
て消費することを特徴とする交流電車用静止型周波数変
換装置。 - 【請求項6】 前記ダイオードからなる整流器に代えて
サイリスタからなる整流器を用いることを特徴とする請
求項5に記載の交流電車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項7】 前記自己消弧型半導体素子からなる電圧
型インバータに代えてサイリスタからなる電圧型インバ
ータを用いることを特徴とする請求項1に記載の交流電
車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項8】 前記自己消弧型半導体素子からなる電流
型インバータに代えてサイリスタからなる電圧型インバ
ータを用いることを特徴とする請求項4に記載の交流電
車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項9】 前記自己消弧型半導体素子からなる電圧
型インバータに代えてサイリスタからなる電流型インバ
ータを用いることを特徴とする請求項1に記載の交流電
車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項10】 前記自己消弧型半導体素子からなる電
流型インバータに代えてサイリスタからなる電流型イン
バータを用いることを特徴とする請求項4に記載の交流
電車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項11】 電力系統と、この電力系統の周波数と
は異なる交流電力が供給される交流電車との間で電力を
融通するため、交流電力を直流電力に変換し変換された
直流電力を交流電力に変換するための交流電車用静止型
周波数変換装置において、 サイリスタからなる可逆整流器を用いて交流電車への力
行電力と交流電車からの回生電力とを融通することを特
徴とする交流電車用静止型周波数変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9132666A JPH10327503A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 交流電車用静止型周波数変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9132666A JPH10327503A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 交流電車用静止型周波数変換装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10327503A true JPH10327503A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15086663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9132666A Pending JPH10327503A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 交流電車用静止型周波数変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10327503A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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